JPH07193291A - 積層圧電素子及びその分極処理方法、及び棒状超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 全体としての厚みを薄くして超小型化を図
れ、棒状超音波モータの駆動源として使用する場合、小
電力で大きな力を取り出せる積層圧電素子を提供する。 【構成】 片面側に４分割の電極膜が形成された圧電素
子板４−１〜４〜２３を含み、各圧電素子板の片面側に
のみ電極膜が形成されている複数の圧電素子板からな
り、その片面側が同じ方向に向けて積層されていて、対
向する電極膜同士を逆極性とし、積層されている各圧電
素子板の同位相にある電極膜同士を接続して構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は積層圧電素子及びその分
極処理方法、及び棒状超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】すでに例えば、特開平３−４０７６７号
や特開平３−２８９３７５等に棒状超音波モータは記載
されている。図１３は棒状超音波振動子の分解斜視図で
あり、図１４は棒状超音波モータの縦断面図である。

【０００３】図１３に示す振動子は、２枚の圧電素子Ｐ
ＺＴ１，２を１群とする駆動用のＡ相圧電素子ａ１、同
様に２枚の圧電素子ＰＺＴ３，４を１群とする駆動用の
Ｂ相圧電素子ａ２、及び１枚の圧電素子からなるセンサ
用圧電素子Ｓ１を図示のように積層すると共に、これら
の圧電素子間に電圧を供給するための電極板Ａ１，Ａ２
及びセンサ信号取り出し用の電極板Ｓがある。また、そ
れらと共にＧＮＤ用電極板Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３もＧＮＤ電
位を与えるためにある。そしてこれらの圧電素子及び電
極板を挟持するように前後に黄銅やステンレス鋼等の振
動の減衰の比較的小さい金属製ブロックｂ１，ｂ２を設
け、締め付けボルトｃにより金属ブロックｂ１，ｂ２を
締め付けることにより一体化し圧電素子に圧縮応力を付
与している。又この時センサ用圧電素子Ｓ１を１枚です
ませるため締め付けボルトｃと金属ブロックｂ２の間に
絶縁シートｄを配置している。

【０００４】なお、各電極板には電極板の凸部にハンダ
付けによりワイヤなどを取付け不図示の駆動回路に接続
される。

【０００５】このときＡ相圧電素子ａ１とＢ相圧電素子
ａ２は位置的にπ／２ｒａｄずれて配置されており各々
が該振動子の軸を含む直行する２つの面内方向の屈曲振
動を励振させ、かつ適当な時間的位相差を持たせること
により、振動子の表面粒子に円あるいは楕円運動を生ぜ
しめ振動子上部に押圧された移動体の摩擦駆動を行う。

【０００６】このような振動子を棒状超音波モータに用
いた例を図１４に示す。この例では、振動子の締結ボル
トｃは、先端部に細径の支柱部ｃ２を有し、この支柱部
ｃ２の先端部に固定された固定部材ｇによりモータ自体
の固定を行えるようにし、又ロータｒ等の回転支持の作
用も兼用している。ロータｒは金属ブロックｂ１の先端
部に接触し、加圧は固定部材ｇからベアリング部材ｅと
ギアｇを介してロータｒに内装されたバネケースｉのコ
イルバネｈを押圧することで与えられる。

【０００７】この棒状超音波モータに使用する圧電素子
について更に詳しく説明すると、１枚の圧電素子である
各ＰＺＴ１〜４は図１５のように、粉末から成形後、焼
成して作った圧電セラミックス２００を直径１０ｍｍの
円盤形状に機械加工し、両面ラップ加工を行い厚さ０．
５ｍｍにし、表の面にはスリット２０１を介して、２つ
のほぼ半円形状の分割電極膜２０２−１と２０２−２
を、裏面には全面に電極膜２０３を形成している。そし
てその後、半円形状の電極膜２０２−１と２０２−２の
部分を分極の極性が互いに異なる方向（＋），（−）に
分極処理を行い、圧電特性を与えている。このような圧
電素子を図１３に示したように、例えばＡ相圧電素子ａ
１の様に組むと、図１６のように、ＰＺＴ１とＰＺＴ２
が電極板Ａ１を挟んで分極の同極性が向かい合うように
し（矢印２０５は分極の方向を示す）、同時にスリット
も重なるように重ね合わされている。

【０００８】またＧＮＤ用電極板Ｇ１，Ｇ２も上、下に
各々重ね合せられている。ここで、電極板Ａ１に駆動用
の交流電圧が与えられると、図１６の圧電素子ＰＺＴ１
とＰＺＴ２の右側と左側で分極の特性が異なるため一方
が伸びると一方が収縮しこれを交互に繰り返し、振動子
に屈曲振動を起こさせる。なお、Ｂ相についてもＡ相と
スリットの向きがπ／２ｒａｄ異なる点を除き同様の状
態で屈曲振動を起こさせる。

【０００９】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では１枚１枚の圧電素子をあらかじめ粉末から
成形し、その後焼成し、そして機械加工を行い、さらに
電極付後分極処理を行って作ることから、圧電素子の製
造に多大な時間とコストを要していた。

【００１０】また、圧電素子の機械加工、分極処理や振
動子の組立て時のハンドリングを考慮すると、機械強度
上、圧電セラミックスの厚さもあまり薄くすることがで
きなかった。その結果、さらに多層化しようとした場
合、多層化した圧電素子部の寸法が大きくなってしま
い、鉛筆と略同径あるいはそれ以下の超音波モータの小
型化の障害となっていた。また多層化により可能となる
はずの超音波モータの大出力化や低電圧駆動化も難しく
していた。

【００１１】また、従来例からもわかるように振動子を
組立てる際には多数枚の圧電素子と多数枚の電極板とを
交互に重ね積層化し、その後各々電極板の端部にハンダ
付けによりワイヤを取付けることから、組立てに多くの
時間を要しているばかりでなく組立ての信頼性も満足で
きるものではなかった。

【００１２】本発明は、このような従来の問題点を解決
した積層圧電素子、及びその分極処理方法、および本発
明の積層圧電素子を用いた超音波モータを提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の目的を
実現する積層圧電素子、並びにその分極処理方法及び本
発明による積層圧電素子を用いた超音波モータは特許請
求の範囲に記載した通りであり、具体的には、あらかじ
め薄い圧電セラミックスを、表面に設けた電極膜を介し
て多数枚重ね合わせ、各圧電素子の各々の電極膜間を導
電体で導通させ複数の駆動相やセンサー相も内蔵して一
体化した積層圧電素子を作ることで、多数枚の圧電素子
の機械加工や分極処理が１回で行えるばかりでなく薄い
圧電セラミックスを多層化するので素子全体の寸法を大
きくすることなく積層枚数を増やすことが可能となり、
その結果、超音波モータの小型化、大出力化さらに低電
圧駆動化を実現することができる。

【００１４】また、積層圧電素子の給電方法に関して、
基板を使用し積層圧電素子の一方の端面から給電し、セ
ンサー出力も同じ基板を介して取り出すことで積層圧電
素子の一体化とともに振動子の組立ての容易化と信頼上
の大幅な向上がもたらされる。

【００１５】

【実施例】

（第１実施例）図１は本発明による圧電素子の第１の実
施例を示し、図３はその分極処理方法を示す。図５は本
実施例の積層圧電素子を用いた棒状超音波振動子の構成
を示すものである。図６は本実施例で用いる基板を示し
たものである。

【００１６】図１において、積層圧電素子１は圧電素子
４−１，４−２，４−３〜４−２３の合計２３枚の圧電
素子を図のように重ね合せ積層化した圧電セラミックス
である。

【００１７】これらの各圧電素子板には、厚さ方向に貫
通する５つの導通穴９Ａ１，９Ａ２，９Ｂ１，９Ｂ２，
９Ｇが形成されている。図１において、最上層である第
１層目の圧電素子板４−１の表の面には全周を概略４分
割し、その分割した一つの領域をさらに内、外周の２つ
の領域に分け合計５つの分割電極膜８Ａ２，８Ｂ１，８
Ｂ２，８Ａ１，８Ｓがまた、分割電極膜８Ａ１と８Ｂ１
の間には他の５つの分割電極膜と比べ小さい分割電極膜
８Ｇも形成されている。

【００１８】さらに厚さ方向に貫通する５つの導通穴９
Ａ１，９Ａ２，９Ｂ１，９Ｂ２，９Ｇは各々分割電極膜
８Ａ１，８Ａ２，８Ｂ１，８Ｂ２，８Ｇの領域内に位置
するように開けられている。

【００１９】第２層目である圧電素子４−２は表の面に
は、概略全面に電極膜７が形成され、導通穴９Ａ１，９
Ａ２，９Ｂ１，９Ｂ２の周囲には電極膜の形成されてい
ない非電極膜部１１Ｅを有する。導通穴９Ｇは電極膜７
を貫通している。

【００２０】第３層目である圧電素子板４−３は、表の
面に概略４等分するように分割電極膜１２Ａ１，１２Ａ
２，１２Ｂ１，１２Ｂ２が形成され、分割電極膜１２Ａ
１と１２Ｂ１との間には電極膜の形成されていない非電
極膜部１１Ｇを有し、導通穴９Ａ１，９Ａ２，９Ｂ１，
９Ｂ２は分割電極膜１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１
２Ｂ２の各領域内を貫通するように設けられ、導通穴９
Ｇは非電極膜部１１Ｇの領域に位置している。

【００２１】同様に第４層である圧電素子板４−４は圧
電素子板４−２と同様の電極膜も導通穴が設けられ、さ
らに第５層である圧電素子板４−５も圧電素子板４−３
と同様の電極膜と導通穴が設けられている。以後第６層
以下偶数層には圧電素子板４−４と同じものが、第７層
以下の奇数層には圧電素子板４−５と同じものを設け
る。そして最下層の第２３層には圧電素子板４−２３が
圧電素子板４−３と同様に４つに分割された電極膜１
２′Ａ１，１２′Ａ２，１２′Ｂ１，１２′Ｂ２が形成
され、非電極膜部１１′Ｇも設けられているが導通穴は
各電極膜部、非電極膜部に設けられていない。なお、各
圧電素子板は上記の電極膜が片面側にのみ形成され、他
面側には形成されていない。

【００２２】以上のような各圧電素子板４を上から第１
層から第２３層まで図１のように電極膜を形成した表の
面を上にして各圧電素子板の電極膜の位置と各導通穴９
の位置を揃えながら各電極膜部が中心軸に対して同一位
相に重ね合せて積層構造を作る。このように積層化する
と、積層圧電素子１には５つの導電穴９Ａ１，９Ａ２，
９Ｂ１，９Ｂ２，９Ｇにより貫通するスルーホール１０
Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１０Ｇが形成さ
れる。そして、あらかじめ前述の分割電極を形成する際
に導通穴９の中へ分割電極膜と概略同一の金属電極ペー
ストを充てんしておくことで、スルーホール１０中の導
通が計られるだけでなく、導通穴と接する分割電極膜お
よび全面電極膜との導通が計られる。この結果一例をあ
げればスルーホール１０Ａ１を介して各層の分割電極
膜、すなわち第１層の圧電素子板４−１上の分割電極膜
９Ａ１、第３層の圧電素子板４−３上の分割電極膜１２
Ａ１、第５層の分割電極膜１２Ａ−１…そして最終層の
圧電素子板４−２３上の分割電極膜１２′Ａ１の導通が
計れる。同様にスルーホール１０Ｇを介して第１層の圧
電素子板４−１上の電極膜９Ｇ、第２層の圧電素子板４
−２上の全面電極膜７、第４層の圧電素子板４−４上の
全面電極膜７、そして、最終層の圧電素子板４−２３の
ひとつ上の層である圧電素子板（図１には図示されてい
ない）の全面電極膜７の導通が計れる。同様にして他の
スルーホール１０Ａ２、１０Ｂ１，１０Ｂ２と奇数層上
の圧電素子板の各分割電極膜の導通が計れる。

【００２３】なお、本実施例では、各圧電素子板４は外
径１０ｍｍ、内径４．３ｍｍ、厚さは０．１ｍｍであ
り、積層圧電素子の長さは２．３ｍｍである。

【００２４】このようにして形成された積層圧電素子を
図３（ａ）のように、２つの１００ＭΩの高抵抗１０２
を用いて分圧ができるように結線し、積層圧電素子の上
端面の各分割電極膜８の各々にコンタクトピン１０３を
接触させた。そして、直流電源１０１により直流電圧５
００Ｖを３０分間、１４０℃の恒温槽の空気雰囲気中で
印加し分極処理を行った。

【００２５】この結果分割電極膜８Ａ１，８Ｂ１，８Ｓ
は５００Ｖ、分割電極膜８Ｇは２５０Ｖ、分割電極膜８
Ａ２，８Ｂ２は０Ｖになるので、図３の（ａ）のＸ−Ｘ
断面を示す図３（ｂ）のように、第１層の圧電素子板４
−１の分割電極膜８Ａ１，８Ｓと全面電極膜７で挟まれ
た領域（分極方向を矢印で示す）と分割電極膜８Ａ２と
全面電極膜７で挟まれた領域（分極方向を矢印で示す）
が分極されるが、図のように向きは異なって分極され
る。

【００２６】以下分割電極膜１２Ａ１と全面電極膜７、
分割電極膜１２Ａ２と全面電極膜７で挟まれた領域の分
極が行なわれ、以下図のように分極される。また図示し
ていないが図３（ａ）のＸ−Ｘ断面と９０°回転した分
割電極膜８Ｂ１，８Ｂ２を切る断面も図３（ｂ）と同じ
ように分極される。

【００２７】ここで積層圧電素子１において図３（ｂ）
に示す第１層が分割電極膜８Ａ１，８Ａ２でその最下層
までの部分を駆動相であるＡ相Ａとし、同様に第１層が
分割電極膜８Ｂ１，８Ｂ２でその最下層までの部分を駆
動相であるＢ相Ｂとし、分割電極膜８Ｓと全面電極膜７
で挟まれた部分をセンサー相であるＳ相Ｓとし、棒状超
音波モータに組み込み使用する。

【００２８】前記従来例で示した圧電素子板は、全周を
概略２分割し、各々逆方向に分極することで振動子に屈
曲振動を与えＡ相、Ｂ相を別々の圧電素子板を用いる構
成としていた。本実施例では、一つの積層圧電素子内の
一つの層である圧電素子板を概略４分割し４分割のうち
対向する分割電極を一組みとしてＡ相およびＢ相を設け
た。このように４分割にすることで２分割よりも振動子
に大きな屈曲振動を一枚の圧電素子板から発生させるこ
とができる。つまり、棒状超音波モータの高出力化は基
本原理上、圧電素子板の厚み方向に発生する変位をでき
るだけ有効に振動子の屈曲振動の変位に換え得るかにか
かっており、この点４分割化した電極膜を有する圧電素
子板が優れている。以下説明する。

【００２９】図４（ａ）は従来例であり、１枚の圧電素
子板２００は、に示す表の面を２分割し、分割電極２
０２−１，２０２−２が形成され、に示す裏の面は全
面電極膜２０３が形成されている。一方図４の（ｂ）は
本実施例の場合と同じく、に示す１枚の圧電素子板２
００の表の面には４分割された分割電極２０４−１，２
０４−２，２０５−１，２０５−２が形成され、に示
す裏の面は全面電極膜２０３が形成されている。 図４
（ａ）に示した圧電素子板２００の一つの分割電極膜の
部分において発生する曲げ力αは圧電素子板２００の領
域ｄｓの面積とＹ軸からの距離ｈとの積で下式のように
表される。

【００３０】α∝∫_S ｄ・Ｅ・ｄｓ・ｈ 一方図４（ｂ）に示した圧電素子板２００の一つの分割
電極膜の部分で発生する曲げ力βは、同様に下式のよう
に表される。

【００３１】β∝∫_S ｄ・Ｅ・ｄｓ・ｈ ここでｄは圧電常数、Ｅは印加される電圧、ｈは領域ｄ
ｓのＹ軸からの距離であり、スリットの部分は面積は小
さいので無視した。この結果図４（ａ）と（ｂ）の１枚
の圧電素子板の振動子の屈曲菱形を起させる変位の比γ
はγ＝４β／２α＝√２と計算され、４分割電極膜を有
した圧電素子板は√２倍の曲げ力を生じさせる。

【００３２】この結果はそのまま棒状超音波モータの振
動子の屈曲量を大きくさせることを示し、棒状超音波モ
ータの出力の増加が可能となる。また、逆に同出力であ
れば印加する電圧を１／√２にすることができ低電圧駆
動の利点がある。以上の理由により積層圧電素子のほぼ
全層を概略４分割電極とした。

【００３３】また従来例ではＳ相を単独の１枚の圧電素
子板を用いていたが、図３（ｂ）に示すように、第１層
目の分割電極膜８Ａ１の外周側に分割電極膜８Ｓを設
け、第１層目と第１層面の間の全面電極膜７とで構成さ
れる部分をＳ相とし、一つの積層圧電素子１内へ内蔵さ
せた。

【００３４】本例では最上層である第１層の表の面のＡ
相の一方の分割電極の半分を用いて外周側にＳ相を設け
たが、積層圧電素子の外周側が棒状超音波モータの駆動
時に、歪が大きくなるので、それだけセンサーとしての
出力が大きくとり出すことができる。しかし、Ｓ相の位
置、大きさについてはＳ相の出力が制御上支障がなけれ
ばとくにこだわらず、内周側でもＡ相の２つの分割電極
に各々設けても、Ｂ相でもＡ相、Ｂ相両方に設けても良
い。さらに積層圧電素子の最上層でなくてもその出力を
素子外部にとり出すことができれば良い。制御上問題が
無ければ無くても良い。

【００３５】また、本例では積層圧電素子の層数を２３
層としたが、層数についてはとくに拘わる必要はなく、
棒状超音波モータの仕様他、振動子の性能、駆動回路部
の仕様などの諸条件から決める必要がある。

【００３６】次に本実施例による積層圧電素子１を振動
子に組み込んだ実施例について説明する。

【００３７】図５は本実施例の積層圧電素子１を用いた
棒状超音波振動子の分割斜視図である。振動子は積層圧
電素子１、金属材料で形成される上部振動体ｂ１、下部
振動体ｂ２、積層圧電素子１と電気的に接続し、外部制
御回路との接続を行うプリント基板ｊ及びこれらを一体
とするための締結ボルトｃより構成される。

【００３８】プリント基板ｊには高分子材シートででき
たフレキシブルプリント基板２を用いた。図６に示すよ
うにプリント基板ｊは振動子内にはさみ込まれる円板部
と外部との接続部により構成される。円板部には積層圧
電素子１の上面に形成された分割電極膜８の各々と接触
する位置に基板電極２１が配され、さらに基板電極２１
Ａ１と２１Ａ２の電気的接続を行うパターン２１Ａ３及
び基板電極２１Ｂ１と２１Ｂ２の接続を行う２１Ｂ３が
配されている。プリント基板ｊの接続部には外部制御回
路との接続端子２２が配され、プリント配線パターンに
より２１Ａ１と２２Ａ，２１Ｂ１と２２Ｂ，２１Ｇと２
２Ｇ，２１Ｓと２２Ｓと各々接続される。そして図５の
ように組むと基板電極２１Ａ１と分割電極８Ａ１が、基
板電極２１Ａ２と分割電極８Ａ２が、以下同様に他の基
板電極と分割電極が接触し導通される。

【００３９】そして要するに、積層圧電素子の最上層に
ある分割電極膜８の各々とプリント基板ｊの端部にある
端子２２Ｓ，２２Ａ，２２Ｇ，２２Ｂの導通が計られこ
れら端子と棒状超音波モータ駆動回路部との接続を行う
ことで、振動子に棒状超音波モータとして適当な屈曲振
動を起こさせ、またセンサー相として制御上必要な出力
を駆動回路へフィードバックすることができる。

【００４０】図６のプリント基板ｊはベースには２５μ
ｍのポリイミドのフィルム、電極材料には３５μｍの銅
箔を用いており、ベースと電極材料の間には接着層のな
いプリント基板材料を用いている。これは、樹脂材料等
を振動子内に存在させることにより振動減衰の増加をな
るべく防ぐためである。

【００４１】本実施例で示した積層圧電素子１は外部と
の電気的な接続を一端面で行っている。これらよりプリ
ント基板等超音波振動子に設けられる接続部材は１つで
済み、構成が簡略で信頼性の高い振動子を形成できる。

【００４２】本実施例に示した如く、積層圧電素子は低
電圧化をもたらすと共に部品点数減少の効果をもたら
す。これは工程の減少と併せて振動子の低価格をもたら
すと同時に振動子内に存在する部品間の接触界面を減ら
すことになり振動減衰の小さい良好な振動子をもたらす
ことも可能となる。

【００４３】第２の実施例を図２に示す。

【００４４】第１の実施例と同様に図２の積層圧電素子
２は圧電素子板５を２３枚積層している。

【００４５】積層圧電素子２は６種類の圧電素子板５よ
り構成される。圧電素子板５−１，５−２，５−３，５
−４，５−５，５−２３はそれぞれ異なる分割膜構成と
導通穴の構成を有している。第６層から第２２層のうち
偶数層は、第４層（５−４）と同じもの、奇数層は第５
層（５−５）と同じものである。

【００４６】最上層（第１層５−１）には、７つの分割
電極膜、１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ｂ１，１３Ｂ２，１
３Ｓ，１３ＧＡ，１３ＧＢ、が形成される。

【００４７】第４層から第２２層までの偶数層は概略４
等分された分割電極膜、１９Ａ１，１９Ａ２，１９Ｂ
１，１９Ｂ２が形成され、導通穴１４、およびスルーホ
ール１５により、各層の同記号電極膜が継がれる。さら
に第２層の電極膜１６Ａと１６Ｂ及び第３層の１６Ａ２
により、電極膜１９Ａ１と１９Ａ２、電極膜１９Ｂ１と
１９Ｂ２が接続され、その上の第１層の電極膜１３ＧＡ
と１３ＧＢに接続する。第５層から第２３層（最下層）
までの奇数層も、概略４等分された分割電極膜２０Ａ１
（２０′Ａ１），２０Ａ２（２０′Ａ２），２０Ｂ１
（２０′Ｂ１），２０Ｂ２（２０′Ｂ２）が形成され、
そして導通穴により各層の同記号の電極膜が継がれ、第
３層の電極膜１８Ａ１，１８Ａ２，１８Ｂ１，１８Ｂ２
を経由して第１層の電極膜１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ｂ
１，１３Ｂ２に接続される。

【００４８】このようにして形成された積層圧電素子を
図７（ａ）のように、２つの１００ＭΩの高抵抗１０２
を用いて分圧ができるように結線し、積層圧電素子２の
上端面の分割電極膜１３の各々にコンタクトピン１０３
を接触させた。

【００４９】そして、直流電源１０１により直流電圧５
００Ｖを３０分間、１４０℃の恒温槽の空気雰囲気中で
印加し分極処理を行った。分割電極膜１３Ａ２，１３Ｂ
２は０Ｖ、分割電極膜１３ＧＡ，１３ＧＢには２５０
Ｖ、分割電極膜１３Ａ１，１３Ｂ１及び１３Ｓには５０
０Ｖが印加されるので、各圧電素子板４は図７（ｂ）に
示す矢印の方向に分極される。

【００５０】本実施例の積層圧電素子を分極するには図
７に示したように７本のコンタクトピンを接触させるこ
とが必要となる。しかし、圧電素子２の外径は１０ｍｍ
程度であり、この面積の中にこれだけのコンタクトピン
を配置することは困難をともなう。図８はこの点を改善
する１例を示したものである。最上層の圧電素子板は、
図８に示す形状に形成された電極を有する圧電素子板５
−１を用いる。図中鎖線で示された円は仕上がりの外径
寸法を示したものであり、予め各圧電素子板５はこれよ
り大きい円板状に形成されている。そして圧電素子板５
−１には図８に示すように上記した円形の鎖線よりも外
周部に延びて形成される電極膜１３Ｃ１でつながった分
割電極膜１３Ｓ，１３Ａ１，１３Ｂ１と、同様の電極膜
１３Ｃ２でつながった分割電極膜１３ＧＡ，１３ＧＢ
と、同様の電極膜１３Ｃ３でつながった分割電極膜１３
Ｂ２との内周側にある今までのままの分割電極膜１３Ａ
２の４つの分割電極膜が形成される。

【００５１】したがって、分極コンタクトピンは４本で
良いことになる。分極後外径を破線まで削ると、第２図
と同じものができる。

【００５２】図９は本実施例の積層圧電素子を用いた棒
状超音波振動子を示したものであり、実施例１で示した
振動子と構成は同様である。図１０は本実施例の棒状超
音波振動子で用いるプリント基板の電極構成を示す。

【００５３】本実施例ではプリント基板にフレキシブル
プリント基板ｊ′を用いている。プリント基板ｊ′の円
板部には積層圧電素子２の上面に形成された分割電極膜
１３各々と接触する位置に基板電極２４が配される。基
板電極２４Ａは分割電極膜１３Ａ１と１３Ａ２と電気的
接続を行う。同様に基板電極２４Ｂは分割電極膜１３Ｂ
１と１３Ｂ２と電気的接続を行う。同様に基板電極２４
ＧＡ，２４ＧＢが各々分割電極１３ＧＡ，１３ＧＢと電
気的接続する。プリント基板ｊ′の接続部には外部制御
回路との接続端子２５が配され、基板電極２０とプリン
トパターンにより２５Ｓと２４Ｓ、２５Ａと２４Ａ、２
５Ｂと２４Ｂ、２５ＧＡと２４ＧＡ、２５ＧＢと２４Ｇ
Ｂとが各々接続される。

【００５４】プリント基板ｊ′は積層圧電素子の分割電
極膜を持つ面と基板電極が接触するように図９のように
振動子に配置される。このように配置することでプリン
ト基板ｊ′の接続端子２５Ａは積層圧電素子２の分割電
極膜１３Ａ１と１３Ａ２と電気的に接続されＡ相の電位
を与える。同様に接続端子２５ＧＡは圧電素子２の分割
電極膜１３ＧＡと接続され、Ａ相のＧＮＤ相とみなされ
るＡ′相の電位を与える。同様にして接続端子２５Ｂは
Ｂ相の電位を与え、２５ＧＢはＢ相のＧＮＤ相とみなさ
れるＢ′相の電位を与える。接続端子２５ＳはＳ相電位
を出力する。

【００５５】制御上必要がなければ、Ｓ相は不要で接続
端子１３Ｓ，２４Ｓ，２５Ｓは省くことができる。

【００５６】以上のように本実施例では第１の実施例と
異なり、第１実施例でのＧＮＤ相に相当する全面電極膜
を対向する４分割電極膜と同様に４分割化した積層圧電
素子であり、Ａ相，Ｂ相各々の対向するＧＮＤ相が互い
に独立している構造とした。第１の実施例に用いる駆動
回路を図１７に示す。第２の実施例に用いる駆動回路を
図１１に示す。

【００５７】図１７中、ＡおよびＢは積層圧電素子に交
番電圧を印加するための駆動電極、ＧＮＤは積層圧電素
子にＣＮＤ電位をを与えるための駆動電極、２は交番電
圧を発生する発振器、３は９０°移相器、４４Ａ、４５
Ｂは該発振器および移相器からの交番電圧を電源電圧で
スイッチングするスイッチング回路４４Ａ、４５Ｂでス
イッチングされたパルス電圧を増幅する昇圧コイルであ
る。

【００５８】Ａ相を例にして説明すると、Ａ相を構成す
る圧電素子１の端面に位置する駆動電極Ａにはスイッチ
ング回路４Ａの出力する電圧が印加される。圧電素子１
のもう一方の端面に位置する駆動電極ＧＮＤはＧＮＤ電
位であることから圧電素子２に印加される電圧はスイッ
チング回路４４Ａの出力する電圧となる。Ｂ相について
も同様の構成である。

【００５９】図１１中Ａ，Ａ′及びＢ，Ｂ′は積層圧電
素子２に交番電圧を印加するための駆動電極を表わす。
４２は交番電圧を発生する発振器、４３はπ／２ｒａｄ
位相器、４４Ａ，４４Ａ′，４５Ｂ，４５Ｂ′は発振器
及び位相器からの交番電圧を電源電圧でスイッチングを
行うスイッチング回路、４６，４７はスイッチング回路
４４Ａ，４４Ａ′，４５Ｂ，４５Ｂ′でスイッチングさ
れたパルス電圧を増幅する昇圧コイルである。４８は制
御用マイコンである。

【００６０】制御用マイコン４８は超音波モータが駆動
すべき周波数の交番電圧を与えるように発振器に指令を
与える。このときスイッチング回路４４Ａ，４４Ａ′及
び４５Ｂ，４５Ｂ′には位相がπｒａｄずれた信号が入
力され、そのタイミングでスイッチングされる。

【００６１】Ａ相を例にして説明すると、Ａ相を構成す
る圧電素子２の端面に位置する駆動電極Ａにはスイッチ
ング回路４４Ａの出力する電圧が印加され、駆動電極
Ａ’にはスイッチング回路４４Ａ’の出力する電圧が印
加される。これらの電圧の電圧差が圧電素子２に印加さ
れる駆動電圧である。スイッチング回路４４Ａ、４４
Ａ’の出力する電圧はπｒａｄずれており、圧電素子２
に印加される駆動電圧は駆動電極Ａ’をＧＮＤ電位とす
る回路構成（例えば図１７）と比較して２倍の印加電圧
を与えられる。Ｂ相についても同様の構成である。この
ため、第２の実施例では第１のと比較して電源電圧が半
分で済む。

【００６２】コイル４６，４７は制御上必要が無ければ
省略できる。

【００６３】図１２は本発明による積層圧電素子１を組
み込んだ棒状超音波モータを用いた駆動装置を示す。

【００６４】この棒状超音波モータの基本構造は図１４
に示す従来例と同じであるが、積層圧電素子、及び、外
部との接続に振動子に基板が内挿される点が異なってい
る。超音波モータと一体的に組みつけられているギアｆ
はギア伝達機構Ｇの入力ギアＧＩに噛合し、その出力ギ
アＧ０はレンズＬ１を保持するレンズ保持部材Ｈに形成
されたギアＨＩに噛合している。このレンズ保持部材Ｈ
は固定筒Ｋにヘリコイド結合し、超音波モータの駆動力
によりギア伝達機構Ｇを介して回転駆動されて合焦動作
が行われる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、４分割
の電極膜を形成することによって、低電圧でも充分な駆
動ができ、棒状超音波モータに使用することにより超小
型で大出力のモータを提供することができる。

【００６６】また、棒状超音波モータの駆動回路との接
続にはフレキシブルプリント基板等を介装しているの
で、振動子の組立性や信頼性が向上する。

【００６７】さらに、４分割以上の電極膜についての分
極処理も、分極処理後に不要な部分を切除するだけで済
むので、４分割での分極作業と同様の作業で行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による積層圧電素子の構
成を示す図。

【図２】本発明の第２の実施例による積層圧電素子の構
成を示す図。

【図３】図１の積層圧電素子の分極処理方法を示す図。

【図４】圧電素子の電極膜構成を示す図。

【図５】図１の積層圧電素子を用いた棒状超音波振動子
の分解斜視図。

【図６】図５の棒状超音波振動子で用いるフリキシブル
プリント基板を示す図。

【図７】図２の積層圧電素子の分極処理方法を示す図。

【図８】図２の積層圧電素子の別の構成を示す図。

【図９】図２の積層圧電素子を用いた棒状超音波振動子
の分解斜視図。

【図１０】図９の棒状超音波振動子で用いるフリキシブ
ルプリント基板を示す図。

【図１１】第２の実施例に使用する超音波モータの駆動
回路構成を示す図。

【図１２】図１又は図２の積層圧電素子を有する棒状超
音波モータを駆動源とするレンズ駆動機構を組み込んだ
レンズ鏡筒の断面図。

【図１３】従来の棒状超音波振動子の分解斜視図。

【図１４】従来の棒状超音波モータの断面図。

【図１５】従来の圧電セラミックの構造を示す平面図。

【図１６】従来の圧電セラミックの作用を示す平面図。

【図１７】第１の実施例に使用する超音波モータの駆動
回路の構成を示す図。

【符号の説明】

１，２…積層圧電素子 ４，５…圧電素
子板 ７…全面電極膜 ８，１２，１２′，１３，１６，１８，１９，２０，２
０′…分割電極膜 ９，１４…導通穴 １１…非電極膜
部 ２１…接続端子

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 片面側に４分割の電極膜が形成された圧
   電素子部を含み、各圧電素子部の片面側にのみ電極膜が
   形成されている複数の圧電素子部からなり、その片面側
   が同じ方向に向けて積層されていて、対向する電極膜同
   士を逆極性とし、積層されている各圧電素子部の同位相
   にある電極膜同士を接続していることを特徴とする積層
   圧電素子。
2. 【請求項２】 請求項１において、複数の圧電素子部に
   は、分割されない一様電極膜が形成された圧電素子部を
   含むことを特徴とする積層圧電素子。
3. 【請求項３】 請求項１において、４以上の分割電極膜
   が形成される最上層の電極膜形成面を除く他の層の電極
   膜形成面が概略４分割の電極膜にて形成されていること
   を特徴とする積層圧電素子。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の積層圧電素子の分極処
   理方法であって、任意の層の電極膜形成面を構成する圧
   電素子部は、分極時に同電位となる分割電極膜部分同士
   を使用部分以外で電極膜を用いて接続し、該接続された
   電極膜を利用して分極処理を施した後、該使用部分以外
   の箇所を切除することを特徴とする積層圧電素子の分極
   処理方法。
5. 【請求項５】 請求項１、２又は３に記載した積層圧電
   素子を振動弾性体間に挟持した棒状の振動子を有するこ
   とを特徴とする棒状超音波モータ。
6. 【請求項６】 請求項５において、積層圧電素子の端面
   に形成された分割電極膜を振動検出用とすることを特徴
   とする棒状超音波モータ。
7. 【請求項７】 請求項５又は６において、積層圧電素子
   と振動弾性体との間に、該積層圧電素子と振動回路とを
   接続するプリント基板を介装したことを特徴とする超音
   波モータ。
8. 【請求項８】 請求項７において、プリント基板は、フ
   レキシブルプリント基板であることを特徴とする棒状超
   音波モータ。
9. 【請求項９】 請求項５、６、７又は８に記載した棒状
   超音波モータを駆動源として被駆動体を駆動することを
   特徴とする装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、被駆動体はレンズ
    であることを特徴とする装置。